由有源医疗设备展知悉，与无源元件一样，射频电路中使用的有源元件与通常在低频模拟系统中发现的有源元件具有许多共同特性。然而，某些元件是射频设计所特有的。此外，通常会采用不同的半导体技术来确保射频元件在极高频率下保持足够的性能。

放大器

放大器电路，通常以运算放大器为核心构建，在低频和高频模拟设计中都极为常见。在射频系统中，放大器主要有两种基本类型：功率放大器和低噪声放大器。前者用于在传输前增加射频信号的功率水平，而后者则用于放大天线接收到的（通常非常小的）信号。

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功率放大器

功率放大器（PA）用于在信号发送到天线之前增加其功率水平。在音频电路中也有类似的情况：音频信号的电压幅度可能完全足够，但需要功率放大器为扬声器线圈提供大量电流。在音频中，更多的电流意味着更多的功率，这反过来又对应着更大的音量。在射频领域，更高的功率意味着更远的传输距离。

虽然许多非射频应用也需要低噪声放大，但“低噪声放大器”这一特定短语仅在射频的上下文中常见。实际上，我们通常听到的是这个术语的缩写形式，即LNA。

天线接收到的信号可能非常微弱，并且淹没在噪声中。这个信号需要被放大以便进一步处理，但同样重要的是要尽量减少信噪比（SNR）的进一步下降。因此，低噪声放大器（LNA）被设计用来在提供高电压增益的同时产生最小的噪声。

LNA的噪声性能通过“噪声系数”（NF）来量化，它对应于放大器造成的SNR下降量（以dB为单位）。因此，理想放大器的NF为0 dB，随着噪声性能的下降，NF会增加。

另一个基本的射频组件是混频器。这个名字可能会让人误解；射频混频器并不像音频混频器那样混合信号。相反，射频混频器接收两个输入频率，并通过乘法生成第三个输出频率。换句话说，混频器执行频率转换。

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混频器允许信号以保留信号细节的方式被转移到更高或更低的频率。例如，一个携带信息（即调制）的基带信号可以被转移到适合无线传输的更高频率，而传输的信号将保留基带信号中存在的重要调制细节。

周期性信号的实际生成与无源元件的领域更为密切，但有源元件用于处理这些周期性信号。锁相环（PLL）实际上是一个子系统组件的集合，至少包括相位检测器、低通滤波器、压控振荡器（VCO）和频率分频器，这些组件允许从一个输入频率生成多种不同的输出频率。

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将PLL（锁相环）与高精度温度补偿振荡器结合使用，可以将一个高精度但固定的参考频率转换为一个能够产生高精度且可变输出频率的系统。振荡器与PLL结合使用时，被称为合成器，即能够生成一系列频率的组件。

在射频设计中，调整振荡器频率的能力非常重要。某个特定系统可能需要在不同的通道上运行以避免干扰，因此振荡电路必须能够在频率上进行调整。此外，相邻通道之间的频率间隔可能相对较小，因此调整必须精确。

尽管在历史射频工程背景下并非标准组件，但认识到模数转换器（ADCs）和数模转换器（DACs）在许多射频系统中日益重要至关重要。ADCs和DACs使射频系统能够受益于数字信号处理技术提供的特殊能力以及基于软件的解决方案带来的普遍灵活性和便利性。

“软件定义无线电”（SDR）一词指的是依赖软件来实现射频信号链重要部分的无线通信系统。在这样的系统中，数据转换器是关键组件——例如，DAC可用于直接生成基带波形，而ADC可用于将接收到的基带波形数字化（随后在数字信号处理器中进行进一步分析）。

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射频半导体

在半导体制造中，硅仍然是主导材料。然而，其他材料在射频系统中与高频信号更为兼容。射频半导体中使用的三种替代材料是氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）和硅锗（SiGe）。专门的半导体技术使得制造能够在极高频率（即100 GHz以上）下保持足够性能的设备成为可能。

集成电路内部

与低频设备一样，射频集成电路中的基本有源元件是晶体管。然而，到目前为止，我们使用“元件”一词来指代可能由众多晶体管组成的设备。理解这一点至关重要：设计高性能、高频的射频元件极具挑战性，并非所有射频工程师都具备这种技能。实际的射频工程专注于将这些元件组合成功能电路，然后处理由此产生的各种复杂问题。

总结

用于射频系统的有源元件可能提供特定的功能，或者它们可能提供标准功能但具有在高频下维持性能的更强大能力。

射频放大器通常分为功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）。前者提供功率增益以准备传输，而后者提供高电压增益和低噪声系数。

射频混频器通过相乘两个输入信号来执行频率转换。

锁相环（PLL）可以与振荡器结合使用以产生频率合成器。

ADCs（模数转换器）和DACs（数模转换器）是某些射频设备中的重要组件。它们在现代无线系统中越来越普遍，并且在软件定义无线电中必不可少。

SiGe（硅锗）、GaAs（砷化镓）和GaN（氮化镓）是特殊的半导体材料，在高性能射频应用中优于硅。

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文章来源：射频小馆

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